JPH11173603A - 屋外設置ヒートポンプ、及び、融雪システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 降雪に原因するヒートポンプ成績係数の低下
を防止する。 【解決手段】 熱源熱交換器１０を側壁部構成要素にし
て、屋外に設置する機体の箱状外郭を形成し、熱源熱交
換器１０に外気通過させる通風ファン１２を、機体箱状
外郭の上壁部に形成した通気開口部１１に配置する屋外
設置ヒートポンプにおいて、採熱運転では、通風ファン
１２の正転運転により、外気Ａを通気開口部１１から機
体内部に取り入れて、その外気Ａを熱源熱交換器１１を
介し機体外部へ放出し、かつ、放熱運転では、通風ファ
ン１２の逆転運転により、外気Ａを熱源熱交換器１０を
介し機体内部へ取り入れて、その外気Ａを通気開口部１
１から機体外部へ放出する構成にし、雪が通気開口部１
１から機体内部に侵入することを防止する防雪屋根１６
を通気開口部１１の上方に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒蒸発器として
機能させて通過外気に対し採熱作用させる採熱運転と冷
媒凝縮器として機能させて通過外気に対し放熱作用させ
る放熱運転とに切り換えが可能な熱源熱交換器を側壁部
構成要素にして、屋外に設置する機体の箱状外郭を形成
し、その熱源熱交換器に外気通過させる通風ファンを、
機体箱状外郭の上壁部に形成した通気開口部に配置する
屋外設置ヒートポンプ、並びに、これを用いた融雪シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記形式の屋外設置ヒートポンプ
では、熱源熱交換器を冷媒蒸発器として機能させて通過
外気に対し採熱作用させる採熱運転と、熱源熱交換器を
冷媒凝縮器として機能させて通過外気に対し放熱作用さ
せる放熱運転との切り換え（換言すれば、ヒートポンプ
としての外気を採熱源とする温熱発生運転と外気を放熱
源とする冷熱発生運転との切り換え）にかかわらず、機
体箱状外郭における側壁部の熱源熱交換器に対して常に
一方向きに外気を通過させていた。

【０００３】具体的には、通風ファンにより外気を側壁
部の熱源熱交換器を介し機体内部へ取り入れて、その外
気を機体箱状外郭の上壁部における通気開口部から機体
外部へ放出する形態で、側壁部の熱源熱交換器に対し常
に機体内部側への一方向きに外気通過させる方式、ある
いは逆に、通風ファンにより外気を上壁部の通気開口部
から機体内部に取り入れて、その外気を側壁部の熱源熱
交換器を介し機体外部へ放出する形態で、側壁部の熱源
熱交換器に対し常に機体外部側への一方向きに外気通過
させる方式のいずれかを採用していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、側壁部の熱源
熱交換器に対して常に機体内部側への一方向きに外気通
過させるものでは、熱源熱交換器を通過外気に対し採熱
作用させる採熱運転（一般には、ヒートポンプに温熱発
生させる冬季の運転）の実施時に降雪があると、通風フ
ァンの吸引作用の為に、また、冷媒蒸発器としての機能
で熱源熱交換器が低温になっている為に、雪が側壁部の
熱源熱交換器に付着堆積して熱源熱交換器に対する外気
通過が不良になり、さらにまた、側壁部における熱源熱
交換器の外部側近傍に多量の雪が積もることも熱源熱交
換器における外気通過不良の一因になり、そして、この
ような外気通過不良の為に、採熱不良でヒートポンプの
成績係数が大きく低下して、消費エネルギの増大や温熱
発生能力の低下を招く問題があった。

【０００５】また、このようなことを極力防止するに
は、機体箱状外郭の側壁部から機体外方へ張り出して熱
源熱交換器を上方から覆う大きな防雪フードが必要にな
り、そのことで、機体が水平方向で大型化して必要設置
スペースが大きくなる問題もあった。

【０００６】一方、側壁部の熱源熱交換器に対して常に
機体外部側への一方向きに外気通過させるものでは、上
壁部の通気開口部における通風ファンが熱源熱交換器の
上流側に位置して、その通風ファンのモータ発生熱を受
熱した外気が熱源熱交換器に通風される為、熱源熱交換
器を通過外気に対し放熱作用させる放熱運転（一般に
は、ヒートポンプに冷熱発生させる夏季の運転）の際
に、そのモータ発生熱により熱源熱交換器からの放熱が
抑えられてヒートポンプの成績係数が低下し、このこと
で、消費エネルギの増大や冷熱発生能力の低下を招く問
題があった。

【０００７】以上の実情に対し、本発明の主たる課題
は、熱源熱交換器に対する通風形態を合理化することで
上記の如き問題を効果的に解消する点にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】〔１〕請求項１記載の発
明では、熱源熱交換器を側壁部構成要素にして、屋外に
設置する機体の箱状外郭を形成し、その熱源熱交換器に
外気通過させる通風ファンを、機体箱状外郭の上壁部に
形成した通気開口部に配置する機体構成において、熱源
熱交換器を冷媒蒸発器として機能させて通過外気に対し
採熱作用させる採熱運転では、通風ファンの正転運転に
より、外気を通気開口部から機体内部に取り入れて、そ
の外気を熱源熱交換器を介し機体外部へ放出する形態
で、熱源熱交換器に対し外気を通過させるから、冷媒蒸
発器としての機能で熱源熱交換器が低温の状態にあるに
しても、降雪の際に雪が側壁部の熱源熱交換器に付着堆
積することを、その熱源熱交換器から機体外部へ向けて
放出する外気により雪を吹き払う形態で確実に防止で
き、また、側壁部における熱源熱交換器の外部側近傍に
雪が積もることも、その吹き払いにより併せて抑止でき
る。

【０００９】そしてまた、降雪過程の雪が通気開口部か
ら機体内部に侵入することを防止する防雪屋根を通気開
口部の上方に設けるから、雪が通気開口部から機体内部
に侵入して、その侵入した雪が機体内部側から熱源熱交
換器に付着堆積することも防止でき、これらのことか
ら、降雪にかかわらず、熱源熱交換器に対する外気通過
を良好に保った状態で熱源熱交換器での通過外気からの
採熱を良好に維持して、ヒートポンプの成績係数を高く
安定的に維持することができ、降雪に原因する消費エネ
ルギの増大や温熱発生能力の低下を効果的に防止でき
る。

【００１０】しかも、上記の如く側壁部の熱源熱交換器
に対する雪の付着堆積やその熱源熱交換器の外部側近傍
での積雪を防止できることにより、機体箱状外郭の側壁
部から機体外方へ張り出す状態で熱源熱交換器を上方か
ら覆う防雪フードを小型なもので済ませる、ないしは、
不要にすることができ、また、通気開口部からの雪の侵
入を防止する防雪屋根は設けるものの、この防雪屋根は
機体箱状外郭の上壁部における通気開口部の上方に設け
るものであって、水平方向での機体の大型化の要因とは
ならず、これらのことから、従来装置に比べ、機体を水
平方向について小型化することができて、必要設置スペ
ースを小さくすることができる。

【００１１】なお、採熱運転において上記の通風形態を
採れば、通気開口部における通風ファンのモータ発生熱
を受熱した外気を熱源熱交換器に通風する形態となるこ
とで、そのモータ発生熱により熱源熱交換器での採熱を
促進でき、このことからも、ヒートポンプの成績係数を
向上させることができる。

【００１２】一方、熱源熱交換器を冷媒凝縮器として機
能させて通過外気に対し放熱作用させる放熱運転では、
通風ファンの逆転運転により、採熱運転の場合とは逆
に、外気を熱源熱交換器を介し機体内部へ取り入れて、
その外気を通気開口部から機体外部へ放出する形態で、
熱源熱交換器に対し外気を通過させるから、熱源熱交換
器を外気の通風経路上で通気開口部における通風ファン
の上流側に位置させて、その通風ファンのモータ発生熱
の影響を受けない状態で熱源熱交換器を通過外気に対し
良好に放熱作用させることができ、これにより、放熱運
転の際のヒートポンプの成績係数を高めることができ
て、通風ファンのモータ発生熱に原因する消費エネルギ
の増大や冷熱発生能力の低下を効果的に防止できる。

【００１３】なお、上記通風形態での放熱運転を冬季に
実施する場合があるとしても、放熱運転では冷媒凝縮器
としての機能で熱源熱交換器が高温の状態にあることか
ら、降雪があったとしても熱源熱交換器に付着する雪は
融解してしまい、雪が熱源熱交換器に堆積することはな
い。

【００１４】〔２〕請求項２記載の発明では、機体箱状
外郭の上壁部と前記防雪屋根との間の横向き通気経路
に、雪の通過を阻止する遮雪手段を設けるから、通風フ
ァンの正転運転により通気開口部から外気を機体内部に
取り入れる採熱運転において、雪が通気開口部から機体
内部に侵入することを一層確実に防止できて、機体内部
側からの熱源熱交換器に対する雪の付着堆積を一層確実
に防止できる。

【００１５】〔３〕請求項３記載の発明では、熱源熱交
換器を、機体箱状外郭における１対、又は、２対の対向
側壁部の夫々に設けるから、機体は箱状外郭構造をもっ
て小型化しながらも、その箱状外郭の側面積を有効利用
した状態で熱源熱交換器の全体としての熱交換面積を大
きく確保してヒートポンプの能力を大きくすることがで
きる。

【００１６】また、採熱運転での通風ファンの正転運
転、及び、放熱運転での通風ファンの逆転運転の夫々に
対し、機体内部（すなわち、機体箱状外郭の内部空間）
を均圧用チャンバとして機能させる状態で、各側面部の
熱源熱交換器に対し均等な圧力で均一に外気を通過させ
ることができ、これにより、熱源熱交換器の全体として
の採熱機能や放熱機能を高めてヒートポンプの成績係数
を一層向上させることができる。

【００１７】〔４〕請求項４記載の発明では、屋外設置
ヒートポンプを用いた融雪システムを構成するのに、屋
外の融雪対象域に融雪用熱交換器を埋設するとともに、
その融雪対象域の近傍の建物に冷房用熱交換器を設け、
そして、前記熱源熱交換器を採熱運転する運転モードで
屋外設置ヒートポンプを運転して、その発生温熱を融雪
用熱交換器から放出させる融雪運転と、前記熱源熱交換
器を放熱運転する運転モードで屋外設置ヒートポンプを
運転して、その発生冷熱を冷房用熱交換器から放出させ
る冷房運転との選択実施を可能にする。

【００１８】すなわち、上記の融雪運転では、熱源熱交
換器を冷媒蒸発器として機能させて通過外気に対し採熱
作用させる運転モードで屋外設置ヒートポンプを運転し
て温熱を発生させ、その発生温熱を融雪対象域に埋設の
融雪用熱交換器から放出させることで、その融雪対象域
（例えば駐車エリア）に降雪する雪を解かして融雪対象
域を無積雪状態に保つ。

【００１９】また、上記の冷房運転では、熱源熱交換器
を冷媒凝縮器として機能させて通過外気に対し放熱作用
させる運転モードで屋外設置ヒートポンプを運転して冷
熱を発生させ、その発生冷熱を融雪対象域近傍の建物に
設置した冷房用熱交換器から放出させることで、その建
物（例えば、駐車エリアの隣接施設）において冷房を実
施する。

【００２０】つまり、このように冬季の降雪時における
融雪運転と夏季の冷房運転とを選択的に実施できるよう
にすることで、屋外設置ヒートポンプを単に融雪にのみ
用いるに比べ、屋外設置ヒートポンプの利用度及び稼働
率を高めてコストバランス面で有利にすることができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は融雪システムを示し、１は
融雪対象域としての駐車エリアであり、この駐車エリア
１には融雪用熱交換器２を全面にわたらせて埋設してあ
る。３は駐車エリア１に隣接するオフィスや店舗などの
建物であり、この建物３には冷房用熱交換器４（いわゆ
る空調機やファンコイルユニット）を設置してある。

【００２２】５は屋外設置ヒートポンプであり、冬季の
降雪時には、屋外設置ヒートポンプ５の負荷熱交換器６
と融雪用熱交換器２との間で循環路７を介し熱媒Ｒ（本
例ではブライン）を循環させて、この熱媒循環により屋
外設置ヒートポンプ５での発生温熱を融雪用熱交換器２
から放出させることで、駐車エリア１に降雪する雪を解
かして駐車エリア１を無積雪状態に保つ。

【００２３】また、夏季には、屋外設置ヒートポンプ５
の負荷熱交換器６と冷房用熱交換器４の間で循環路８を
介し熱媒Ｒを循環させて、この熱媒循環により屋外設置
ヒートポンプ５での発生冷熱を冷房用熱交換器４から放
出させることで、建物３の内部に対し冷房を施す。

【００２４】９は融雪用熱交換器２に対して熱媒循環さ
せる状態と冷房用熱交換器４に対して熱媒循環させる状
態との切り換えを行う弁類や、熱媒循環用のポンプなど
を収容する中継施設である。

【００２５】屋外設置ヒートポンプ５は、同図１及び図
２に示すように、フィンチューブ型で板状の熱源熱交換
器１０を４面の側壁部夫々の構成要素にして、直方体形
状の機体箱状外郭を形成するとともに、この機体箱状外
郭の上壁部に通気開口部１１を形成し、その通気開口部
１１に軸流型の通風ファン１２を配置した構造にしてあ
る。

【００２６】また、機体内部（機体箱状外郭の内部空
間）には、シェルアンドチューブ型の負荷熱交換器６、
冷媒圧縮機１３、アキュムレータ、冷媒膨張弁や冷媒回
路切換弁など、熱源熱交換器１０とともに蒸気圧縮式の
ヒートポンプ回路を構成する諸装置を内蔵してある。

【００２７】この屋外設置ヒートポンプ５は、冷媒回路
の切り換えにより温熱発生運転と冷熱発生運転との選択
実施を可能にしてあり、温熱発生運転では、熱源熱交換
器１０を冷媒蒸発器として機能させ、かつ、負荷熱交換
器６を冷媒凝縮器として機能させることで、熱源熱交換
器１０を通風ファン１２により通風される外気Ａに対し
採熱作用させながら負荷熱交換器６で温熱を発生させ、
この発生温熱により負荷熱交換器６において循環熱媒Ｒ
を加熱する。

【００２８】また、冷熱発生運転では、逆に熱源熱交換
器１０を冷媒凝縮器として機能させ、かつ、負荷熱交換
器６を冷媒蒸発器として機能させることで、熱源熱交換
器１０を通風ファン１２により通風される外気Ａに対し
放熱作用させながら負荷熱交換器６で冷熱を発生させ、
この発生冷熱により負荷熱交換器６において循環熱媒Ｒ
を冷却する。

【００２９】すなわち、融雪用熱交換器２から温熱を放
出させて駐車エリア１の雪を解かす冬季の融雪運転で
は、屋外設置ヒートポンプ５を温熱発生運転して、融雪
用熱交換器２との間で循環させる熱媒Ｒを負荷熱交換器
６で加熱することにより、屋外設置ヒートポンプ５での
発生温熱を融雪用熱交換器２に供給し、また、冷房用熱
交換器３から冷熱を放出させて建物３の内部に冷房を施
す夏季の冷房運転では、屋外設置ヒートポンプ５を冷熱
発生運転して、冷房用熱交換器４との間で循環させる熱
媒Ｒを負荷熱交換器６で冷却することにより、屋外設置
ヒートポンプ５での発生冷熱を冷房用熱交換器４に供給
する。

【００３０】１４は付与される運転指令に応じ冷媒回路
の切り換え操作や冷媒圧縮機１３の発停操作、並びに、
通風ファン１２の発停操作などを実行する制御器であ
り、この制御器１４は、通風ファン１２に対する制御と
して、温熱発生運転（つまり、熱源熱交換器１０にとっ
ての採熱運転）の実施時には、図２に実線の矢印で示す
如く、外気Ａを上壁部の通気開口部１１から機体内部に
取り入れて、その外気Ａを各側壁部の熱源熱交換器１０
を介し機体外部へ放出する形態で、各熱源熱交換器１０
に対し採熱対象の外気Ａを通過させるように、通風ファ
ン１２の正転運転を実施し、一方、冷熱発生運転（つま
り、熱源熱交換器１０にとっての放熱運転）の実施時に
は、図２に破線の矢印で示す如く、外気Ａを各側壁部の
熱源熱交換器１０を介し機体内部へ取り入れて、その外
気Ａを上壁部の通気開口部１１から機体外部へ放出する
形態で、各熱源熱交換器１０に対し放熱対象の外気Ａを
通過させるように、通風ファン１２の逆転運転を実施す
る構成にしてある。

【００３１】つまり、温熱発生運転では、各側壁部の熱
源熱交換器１０から通過外気Ａを機体外部へ向けて放出
させる通風形態にすることにより、降雪の際に雪が側壁
部の熱源熱交換器１０に付着堆積することを防止すると
ともに、その熱源熱交換器１０の外部側近傍に雪が積も
ることも併せ抑止して、熱源熱交換器１０での通過外気
Ａからの採熱を良好に維持できるようにしてある。ま
た、このように雪の付着堆積や積雪を防止することで、
機体箱状外郭の側壁部から機体外方に張り出す状態で側
壁部の熱源熱交換器１０を上方から覆う防雪フード１５
を小さなもので済ませられるように、ないしは、不要に
して、機体の必要設置スペースを小さくできるようにし
てある。

【００３２】そしてまた、冷熱発生運転では、各側壁部
の熱源熱交換器１０を介して外気Ａを機体内部に取り入
れる通風形態にすることにより、通風ファンモータ１２
Ｍの発生熱の影響を受けない状態で、熱源熱交換器１０
からの通過外気Ａに対する放熱を良好に行えるようにし
てある。

【００３３】なお、温熱発生運転（採熱運転）での通風
ファン１２の正転運転、及び、冷熱発生運転（放熱運
転）での通風ファン１２の逆転運転の夫々に対し、機体
箱状外郭の内部空間は、各側面部の熱源熱交換器１０に
対し均等な圧力で均一に外気Ａを通過させる均圧用チャ
ンバとして機能する。

【００３４】１６は上壁部の通気開口部１１を上方から
覆って、その通気開口部１１から雪が機体内部に侵入す
ることを防止する防雪屋根、１７は雪の通過を阻止する
遮雪手段として、機体箱状外郭の上壁部と防雪屋根１６
との間の横向き通気経路に設けたルーバギャラリであ
る。

【００３５】〔別の実施形態〕次に別の実施形態を説明
する。

【００３６】前述の実施形態では、温熱発生運転におい
て外気Ａのみから採熱させ、かつ、冷熱発生運転におい
て外気Ａのみに放熱させたが、これに代え、温熱発生運
転において外気Ａと他の採熱源との両方から、あるい
は、それらから選択的に採熱させる構成にしてもよく、
また、冷熱発生運転において外気Ａと他の放熱源との両
方へ、あるいは、それらに対し選択的に放熱させる構成
にしてもよい。

【００３７】前述の実施形態では、機体箱状外郭におけ
る４面の側壁部の夫々（つまり、２対の対向側壁部の夫
々）に熱源熱交換器１０を配置したが、これに代え、１
対の対向側壁部にのみ熱源熱交換器１０を配置したり、
１面の側壁部にのみ熱源熱交換器１０を配置したり、ま
た、隣合う２面の側壁部にのみ熱源熱交換器１０を配置
する等の構成にしてもよい。

【００３８】請求項１〜３に記載の発明の実施におい
て、屋外設置ヒートポンプによる発生温熱の用途は暖房
や物品加熱など、どのような用途であってもよく、ま
た、屋外設置ヒートポンプによる発生冷熱の用途も冷房
や物品冷却など、どのような用途であってもよい。

【００３９】請求項４記載の発明の実施において、融雪
対象域は道路や橋上、あるいは、競技場など、駐車エリ
ア以外の屋外域であってもよく、また、冷房対象とする
近傍建物も商店やオフィス、あるいは、観覧場所など、
どのような用途の建物であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】融雪システムの全体構成を示す斜視図

【図２】屋外設置ヒートポンプの構造を示す断面図

【符号の説明】

Ａ 外気 １ 融雪対象域 ２ 融雪用熱交換器 ３ 建物 ４ 冷房用熱交換器 ５ 屋外設置ヒートポンプ １０ 熱源熱交換器 １１ 通気開口部 １２ 通風ファン １６ 防雪屋根 １７ 遮雪手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角野 寛 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ技術開発研究所内 (72)発明者 辻尾 聡 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ技術開発研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒蒸発器として機能させて通過外気に
   対し採熱作用させる採熱運転と冷媒凝縮器として機能さ
   せて通過外気に対し放熱作用させる放熱運転とに切り換
   えが可能な熱源熱交換器を側壁部構成要素にして、屋外
   に設置する機体の箱状外郭を形成し、 前記熱源熱交換器に外気通過させる通風ファンを、前記
   機体箱状外郭の上壁部に形成した通気開口部に配置する
   屋外設置ヒートポンプであって、 前記採熱運転では、前記通風ファンの正転運転により、
   外気を前記通気開口部から機体内部に取り入れて、その
   外気を前記熱源熱交換器を介し機体外部へ放出する形態
   で、前記熱源熱交換器に対して外気を通過させ、 かつ、前記放熱運転では、前記通風ファンの逆転運転に
   より、外気を前記熱源熱交換器を介し機体内部へ取り入
   れて、その外気を前記通気開口部から機体外部へ放出す
   る形態で、前記熱源熱交換器に対して外気を通過させる
   構成にし、 降雪過程の雪が前記通気開口部から機体内部に侵入する
   ことを防止する防雪屋根を前記通気開口部の上方に設け
   てある屋外設置ヒートポンプ。
2. 【請求項２】 前記機体箱状外郭の上壁部と前記防雪屋
   根との間の横向き通気経路に、雪の通過を阻止する遮雪
   手段を設けてある請求項１記載の屋外設置ヒートポン
   プ。
3. 【請求項３】 前記熱源熱交換器を、前記機体箱状外郭
   における１対、又は、２対の対向側壁部の夫々に設けて
   ある請求項１又は２記載の屋外設置ヒートポンプ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の屋
   外設置ヒートポンプを用いた融雪システムであって、 屋外の融雪対象域に融雪用熱交換器を埋設するととも
   に、その融雪対象域の近傍の建物に冷房用熱交換器を設
   け、 前記熱源熱交換器を採熱運転する運転モードで前記屋外
   設置ヒートポンプを運転して、その発生温熱を前記融雪
   用熱交換器から放出させる融雪運転と、前記熱源熱交換
   器を放熱運転する運転モードで前記屋外設置ヒートポン
   プを運転して、その発生冷熱を前記冷房用熱交換器から
   放出させる冷房運転との選択実施が可能な構成にしてあ
   る融雪システム。